MOS管的二級效應(yīng)解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-03-22
體效應(yīng)
我們都認(rèn)為MOS管的襯底和源極相連，即VBS=0。但在很多情況下，源極和襯底的電位并不相同。
對NMOS管而言，襯底通常接電路的最低電位（GND），有VBS《0；
對PMOS管而言，襯底通常接電路的最高電位（VDD），有VBS》0。
這時，MOS管的閾值電壓將隨其源極和襯底之間電位的不同而發(fā)生變化，這一效應(yīng)稱為“體效應(yīng)”，又稱為“背柵效應(yīng)”。
從對MOS管工作原理的分析中我們知道，隨著VGS的上升，襯底內(nèi)部的電子向襯底表面運動，并在襯底表面產(chǎn)生了耗盡層。當(dāng)VGS上升到一定的電壓——閾值電壓時，柵極下的襯底表面發(fā)生反型，NMOS管在源漏之間開始導(dǎo)電。
閾值電壓的大小和耗盡層的電荷量有關(guān)，耗盡層的電荷量越多，NMOS管的開啟就越困難，閾值電壓就越高。
當(dāng)VBS》0時，柵極和襯底之間的電位差加大，耗盡層的厚度也變大，耗盡層內(nèi)的電荷量增加，所以造成閾值電壓變大。在考慮體效應(yīng)后，閾值電壓Vth為：
其中Vth0為VBS=0時的閾值電壓，r是體效應(yīng)系數(shù)，VSB是源襯電勢差。
體效應(yīng)通常是我們不希望有的。因為閾值電壓的變化經(jīng)常會使模擬電路的設(shè)計復(fù)雜化。
在對MOS管工作原理的分析中，我們知道，當(dāng)柵和漏之間的電壓差增大時，實際的反型溝道逐漸減小。也就是說在式中，L‘實際上是VDS的函數(shù)。這一效應(yīng)稱為“溝道長度調(diào)制”在飽和區(qū)，我們可以得到：
如圖所示，這種現(xiàn)象使得ID/VDS特性曲線在飽和區(qū)出現(xiàn)非零斜率，因而使得源和漏之間的電流源非理想。
需要注意的是，只當(dāng)器件工作在飽和區(qū)時，需要考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)。在三極管區(qū)，不存在溝道長度調(diào)制效應(yīng)。
在分析MOSFET時，我們一直假設(shè)：當(dāng)VGS下降到低于VTH時器件會突然關(guān)斷。實際上，當(dāng)VGS約等于VTH時，一個“弱”的反型層仍然存在。甚至當(dāng)VGS《VTH時，ID也并非是無限小，而是與VGS呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。
這種效應(yīng)稱為“亞閾值導(dǎo)電”。當(dāng)VDS大于100mV左右時，這一效應(yīng)可以用公式表示為：
式中，I0正比于W/L，VT=kT/q。我們稱器件工作在弱反型區(qū)，當(dāng)VGS》VTH時，器件工作在強反型區(qū)。亞閾值導(dǎo)電會導(dǎo)致大的功率損耗，造成不必要的功率消耗。
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